Опыт начинается при закрытом регулировочном вентиле 4. После включения вакуумного насоса 3 плавно открывают вентиль 4 и устанавливают первый стационарный режим, который характеризуется постоянством показаний индикаторных приборов 5-7 при их минимальных значениях. Показания приборов заносят в журнал наблюдений. Далее открытием вентиля 4 устанавливается следующий стационарный режим истечения, при котором показания приборов 5-7 увеличиваются до большего ближайшего значения. Показания приборов записывают в журнал наблюдений и т. д. Опыт заканчивается при достижении полного открытия регулирующего вентиля 4.

Примечание. Выполнение работы возможно и непосредственно с помощью воздействия манипулятора («мышь») на регулирующие элементы схемы установки, находящейся на экране монитора ЭВМ. Для этого необходимо замкнуть контакты S1, S2 и перемещать регулятор на реостате R (рис. 4.1).

6. Методика обработки результатов эксперимента

Изобразить схематично процесс истечения газа через суживающееся сопло в T, s-диаграмме.

Примеры изображений этих процессов для докритического и критического режимов истечения в Т, s-диаграмме даны на рис. 6.1.

 

Данный рисунок позволяет более наглядно представить физическую природу процессов истечения газов через суживающееся сопло и понять методику их расчета.

6.1. Расчет процесса истечения газа через сопло

6.1.1. Расчет давлений газа в характерных точках

процесса истечения

Первоначально рассчитывается давление газа на входе в сопло . Оно меньше атмосферного ро на величину потерь давления в расходомерной диафрагме (в диафрагме идет процесс дросселирования 1-2, см. рис. 3).

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

где = (В/750)105 – атмосферное давление, Па, при барометрическом давлении В, мм рт. ст.;

ΔH – потеря давления в расходомерной диафрагме, Па.

Давления в минимальном сечении сопла р1 и за соплом рк рассчитываются по показаниям индикаторных приборов Δр2 и Δр3 исходя из того, что их единица измерения соответствует килограмм-силе на квадратный сантиметр (кГс/см2):

.

Теоретическое давление в минимальном сечении сопла заносится в журнал наблюдений после анализа экспериментальных данных процесса истечения.

6.1.2. Анализ процесса истечения газа через

суживающееся сопло

Характер процесса истечения газа через сопловый канал при неизменных параметрах газа перед соплом ро и То определяется степенью изменения давления газа или давлением газа за сопловым каналом рк [1] путем их сравнения с аналогичными критическими величинами или .

Величина eкр рассчитывается по формуле

;

где – к = ср/cv коэффициента Пуассона для газов, близких по своим свойствам к идеальным, есть величина постоянная.

Рассчитав величины eкр и ркр, выполняется анализ процесса истечения газа через сопло путем сравнения ркр с рк. Характерные режимы истечения газа через суживающееся сопло определяются соотношениями:

при рк > ркр и e > eкр – истечение докритическое: р1 = рк;

при рк ≤ ркрР и e ≤ eкр – истечение критическое: р1 = ркр.

На основании определенных докритических и критических областей истечения газа через сопло заполняется графа р1теор журнала наблюдений. Теоретическое давление в минимальном сечении сопла будет равно давлению за соплом р1теор = рк в режимах докритического истечения, когда рк>ркр. Во всех режимах критического истечения рк ≤ ркр теоретическое давление в минимальном сечении сопла остается неизменным и равным критическому давлению р1теор = ркр = eкр.

6.1.3. Определение расхода газа через сопло

при докритическом истечении

Теоретический расход воздуха при докритическом истечении (рк > ркр и e > eкр), кг/с, через суживающееся сопло в этом режиме истечения относится к обратимому процессу истечения 1-3 (см. рис. 6.1, а) и определяется по формуле (6).

,

где f1 – площадь минимального сечения сопла, м2, при его диаметре d1 = 1,55 мм,

;

рк = р1теор берется вплоть до рк = ркр;

vо – удельный объем воздуха, м3/кг, на входе в сопло,

;

– усредненное давление перед соплом,

,

берется как средняя арифметическая величина для упрощения расчетов vo. Поскольку изменяется очень незначительно, можно принять и vo постоянными для расчета теоретического расхода воздуха через сопло.

Опытный расход газа через сопло Gоп при докритическом истечении (рк > ркр и e > eкр) определяется по тарировочной таблице расходомерной диафрагмы, Gоп = f(ΔН), как функция от перепада давлений на диафрагме.

Тарировочная таблица расходомерной диафрагмы приведена в приложении.

6.1.4. Определение расхода газа через сопло

при критическом истечении

·  Теоретический расход воздуха через сопло при критическом истечении (рк ≤ ркр и e ≤ eкр), кг/с, в этом режиме истечения относится к процессу 1-3 (см. рис. 6.1, б) и определяется по формуле (9):

,

где eкр рассчитывается для соответствующего газа по формуле (7).

Определение действительного расхода воздуха через сопло при критическом истечении ведется по тарировочной таблице расходомерной диафрагмы G = f(ΔН) (см. приложение). Поскольку в этом режиме ΔН = const, то и Gоп. кр = const.

6.1.5. Определение коэффициентов m, x, j, харатеризующих необратимость процесса истечения газа через сопло

Коэффициент расхода рассчитывается для выходного сечения сопла по формуле (16) с использованием опытного и теоретического расходов газов через сопло:

.

Эта величина для газа всегда меньше 1, т. к. с1i<c1 и v1i>v1 (см. рис. 6).

Расчет коэффициента потерь сопла x и скоростного коэффициент сопла j выполняется только по указанию преподавателя.

Определение величин x и j ведется по методике, изложенной в разд. 3 по уравнениям (16) – (20).

7. Анализ результатов эксперимента и расчетных данных процесса истечения газа через сопло

7.1. Построение функциональных зависимостей,

характеризующих процесс истечения газа через сопло

На основании расчетных данных процессов истечения в масштабе строятся следующие графики: р1 = f(рк); р1теор = f(рк); Gоп = f(рк); Gтеор = f(рк); μ = f(рк). Графики соответствующих величин строятся на единой оси абсцисс рк, т. е. р1 = f(рк) и р1теор = f(рк) – первый рисунок, Gоп = f(рк) и Gтеор = f(рк) – второй рисунок, μ = f(рк) – третий рисунок.

7.2. Анализ процесса истечения газа через сопло

Анализ процесса истечения газа через суживающееся сопло делается на базе полученных расчетных табличных и графических результатов.

1) Указываются области докритического и критического истечения газа при снижении давления газа за соплом.

2) Объясняется характер зависимостей при снижении давления газа за соплом:

·  по р1 = f(рк) и р1теор = f(рк) анализируется изменение давления в выходном сечении сопла (опытное и теоретическое) в зависимости от уменьшения давления газа за соплом;

·  по Gоп = f(рк) и Gтеор = f(рк) анализируется изменение расхода газа через сопло (опытного и теоретического) в зависимости от уменьшения давления за соплом.

3) Объясняется, как, используя зависимость μ = f(рк), можно определить действительный расход газа через сопло и какие замеры при этом необходимо сделать, а какие величины необходимо получить расчетным путем.

Привести для одного из режимов истечения численные значения коэффициента потерь сопла x и скоростного коэффициента j. Этот пункт выполняется только по указанию преподавателя.

8. Требования к оформлению отчета

Отчет должен включать следующие разделы:

1. Цель работы.

2. Задание.

3. Схема экспериментальной установки.

4. Журнал наблюдений, подписанный преподавателем.

5. Схематичное изображение докритического и критического режимов истечения газа в Т, s-диаграмме.

6. Расчет процесса истечения.

7. Построение в масштабе трех функциональных зависимостей:

р1 = f(рк) и р1теор = f(рк) на одной оси координат;

Gоп = f(рк) и Gтеор = f(рк) на одной оси координат;

μ = f(Pк).

8. Анализ результатов расчета и графических зависимостей процесса истечения газа.

9. Определение коэффициента потерь сопла x и скоростного коэффициента сопла j (выполняется только по указанию преподавателя.

вопросы для отчета по работе

1. Что такое установившийся стационарный процесс истечения газа?

2. Что понимается под одномерным потоком истечения?

3. Напишите уравнение наразрывности потока для одного из сечений канала.

4. Напишите уравнение первого закона термодинамики для потока, имеющего тепловое и механическое взаимодействие с окружающей средой.

5. Напишите первый закон термодинамики для потока при его истечении через сопловой канал.

6. Напишите расчетное выражение для определения скорости в одном из сечений соплового канала при истечении через него идеального газа. Поясните, как определить величины, входящие в это выражение.

7. Напишите расчетное выражение для определения скорости в одном из сечений соплового канала при истечении через него водяного пара. Поясните, как определить величины, входящие в это выражение.

8. Дайте характеристику докритического режима истечения через сопловый канал и укажите, какой профиль соплового канала должен соответствовать такому режиму истечения.

9. Дайте характеристику сверхкритического режима истечения через сопловый канал и укажите, какой профиль соплового канала должен соответствовать такому режиму истечения.

10. Напишите расчетное выражение для определения расхода воздуха через сопловый канал при докритическом истечении.

11. Напишите расчетное выражение для определения расхода воздуха через сопловый канал в минимальном его сечении при сверхкритическом режиме истечения.

12. Напишите, какой максимальный расход воздуха можно пропустить через сопловый канал при неизменных параметрах воздуха перед соплом.

13. Поясните, как можно увеличить максимальный расход воздуха через сопловый канал, имеющий постоянное минимальное сечение.

14. Дайте понятие коэффициента потерь сопла и его расчетное выражение с комментариями параметров действительного процесса истечения в h, s-диаграмме.

15. Дайте понятие скоростного коэффициента сопла и его расчетное выражение с комментариями параметров действительного процесса истечения в h, s-диаграмме.

16. Дайте понятие коэффициента расхода сопла и его расчетное выражение с комментариями параметров действительного процесса истечения в h, s-диаграмме.

17. Поясните, как можно, используя коэффициент расхода сопла, определить действительный расход воздуха через него и какие замеры при этом необходимо сделать, а какие величины можно определить расчетным путем.

18. Поясните, как можно, используя коэффициент расхода сопла, рассчитать скоростной коэффициент сопла при истечении через него воздуха.

19. Для какого из газов: воздух, СО2, Не – при одинаковых давлениях на входе и выходе из сопла и одинаковой начальной температуре будет наибольшая скорость истечения газа в выходном сечении сопла?

20. Для какого из газов: воздух, СО2, Не – при одинаковых давлениях на входе и выходе из сопла и одинаковой начальной температуре будет наибольший массовый расход газа через сопло?

21. Для какого из газов: воздух, СО2, Не – при одинаковых давлениях на входе в сопло и одинаковой начальной температуре будет максимальный массовый расход газа через сопло?

Библиографический список

1. Чухин, Иван Михайлович. Техническая термодинамика. Часть 2: учеб. пособие / ; Федеральное агентство по образованию, ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. ». – Иваново, 2008. – 228 с.

2. Чухин, Иван Михайлович. Сборник задач по технической термодинамике: учеб. пособие / ; Федеральное агентство по образованию, ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. ». – Иваново, 2011. – 248 с.

3. Чухин, Иван Михайлович. Изучение процесса адиабатного истечения газа через суживающееся сопло методом имитационного моделирования: метод. указания к лабораторной работе по курсу «Техническая термодинамика» / ; Федеральное агентство по образованию, ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени ». – Иваново, 2002. – 28 с.

Приложение

Тарировочная характеристика расходомерной диафрагмы

ΔН

Воздух

СО2 – углекислый газ

Не – гелий

Па

G·104, кг/с

G·104, кг/с

G·104, кг/с

10

0,90963

1,12106

0,338016

20

1,2864

1,58542

0,478027

30

1,5755

1,94173

0,585461

40

1,8193

2,24212

0,676032

50

2,0340

2,50676

0,755826

60

2,2281

2,74602

0,827966

70

2,4066

2,96604

0,894306

80

2,5728

3,17083

0,956053

90

2,7289

3,36318

1,01405

100

2,8765

3,54510

1,06890

110

3,0169

3,71813

1,12107

120

3,1510

3,88346

1,17092

130

3,2280

4,04200

1,21873

140

3,4035

4,19462

1,26474

150

3,5229

4,34184

1,30913

160

3,6385

4,48424

1,35206

170

3,7505

4,62224

1,39368

180

3,8592

4,75625

1,43408

190

3,9650

4,88658

1,47338

200

4,0680

5,01353

1,51165

С О Д Е Р Ж А Н И Е

ТРЕБОВАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ ………………..... 3

1. Цель работы ……………………………….…………….……….. 4

2. Задание …………………………………………………………….. 4

3. Основные теоретические положения

процесса истечения газа через сопловые

каналы ……………………………………………………...…...…..… 5

4. Описание экспериментальной установки..……… 13

5. Порядок проведения опыта ………….………………….. 14

6. Методика обработки результатов эксперимента... 17

6.1. Расчет процесса истечения газа через сопло ……………. 17

6.1.1. Расчет давлений газа в характерных точках процесса

истечения ……..……………………………………………….…….. 17

6.1.2. Анализ процесса истечения газа через

суживающееся сопло ……………………….……………….……. 18

6.1.3. Определение расхода газа через сопло при

докритическом истечении ………..…………...………………….. 19

6.1.4. Определение расхода газа через сопло при

критическом истечении ………………………………………..….. 20

6.1.5. Определение коэффициентов m, x, j, харатеризующих

необратимость процесса истечения газа через сопло …….….21

7. Анализ результатов эксперимента и расчетных

данных процесса истечения газа через сопло.... 21

7.1. Построение функциональных зависимостей,

характеризующих процесс истечения газа через сопло .... 21

7.2. Анализ процесса истечения газа через сопло ……..……… 21

8. Требования к оформлению отчета …….…………….. 22

вопросы для отчета по работе …………………….…….. 23

Библиографический список ……..…………………………………. 25

Приложение ………….……………………………………………….. 26

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА АДИАБАТНОГО ИСТЕЧЕНИЯ ГАЗА ЧЕРЕЗ СУЖИВАЮЩЕЕСЯ СОПЛО ПРИ ИМИТАЦИОННОМ

МОДЕЛИРОВАНИИ

Методические указания к лабораторной работе на ЭВМ

по курсу «Техническая термодинамика»

Составитель ЧУХИН Иван Михайлович

Редактор

Подписано в печать. . 2015 г. Формат 60´84 1/16.

Печать плоская. Усл. печ. л. 1,62.

Тираж 100 экз. Заказ

ФГБОУВПО «Ивановский государственный энергетический

университет имени ».

Отпечатано в УИУНЛ ИГЭУ

153003, г. Иваново, .

 
 

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3